주제 : 미래의 자동차와 에너지 효율에 관한 고찰

증기기관 => 내연기관(가솔린, 디젤=> 수소) => 원동기(모터)

보고서를 쓰는 이유

현대사회의 길가에 나와보면 사람 수 못지않게 자동차가 도로를 지나다니는 것을 볼 수 있다. 또 현대는 이동을 위해서라면 차량이 필수의 존재가 되었다. 하지만 누구나 어디서든 볼 수 있고 중요한 존재인 자동차가 어떻게 작동하는지에 대해 잘 모르는 사람들이 많았다, 그래서 우리가 자동차라는 기계를 더 안전하게 타기 위해 이에 대해 잘 알아둘 필요가 있다고 생각하기도 하였고, 미래에 자동차를 대체하는 교통수단이 나올 가능성 또한 있을 수 있기 때문에 이를 자세히 탐구하고 싶었기 때문에 이 보고서를 작성하게 되었다

서론

1) 자동차의 중요성

자동차를 이용함을 통해 우리는 예전이었다면 1주를 소모해 걸어가야했던 거리를 4시간만에 갈 수 있게 되었다. 이러한 교통의 발전을 통해 통신 또한 빠르게 활성화될 수 있었고, 세계 어느 지역도 공간에 제약을 받지 않고 상품을 운송할 수 있게 되는 등의 결과를 초래하도록 교통을 발전시켰다. 자동차가 없다면 인류의 발전 속도는 이보다 대폭 느렸을 것이다.

2) 자동차에 대해 알아야 하는 이유

자동차라는 기계는 매우 빠르고 편리하지만, 동시에 사람의 목숨을 단번에 앗아갈 정도로 위험하다. 그래서 자동차에 대해 적절한 지식을 가지고 활용하는 것이 가장 발전을 촉진하는 방법이 될 것이다.

본론1 자동차의 종류

  • (세분화)

1) 가솔린, 디젤

가솔린과 디젤은 연료의 종류로 가솔린 엔진 차량은 분당회전력인 RPM이 빨라 빠른 속도를 내는데 적합하여 스포츠카에 많이 사용된다. 또 디젤 엔진 차량은 강한 힘을 나타내는 척도인 토크를 올리는데 적합하여 트럭이나 중장비 같은 상업용 특수 차량에 사용된다.

내연기관 엔진에도 크랭크 축 배채 위치와 방향으로 인해 횡렬엔진, V엔진 BOXER 엔진 등으로 분루가 가능하다.

2) 전기모터

전기차는 자동차의 엔진 대신에 전기 모터를 탑제하여 움직일 수 있게 하는 차량이다. 전기차는 주기적인 충전을 해줘야 한다. 대표적인 전기차 브랜드로는 스페이스X의 창업자 일론 머스크의 회사 테슬라가 있다.

3) 수소엔진

수소자동차는 수소탱크에 저장해둔 수소를 산소와 화학반응시켜 운동에너지를 만드는 방식으로 이동하는 자동차이다. 현재 전 세계에서 적극 사용하고 있고, 환경오염을 줄여준다는 이유와 연료 고갈의 위협이 적어 미래의 자동차로 전망받고 있다.

2. 차량의 종류

1) 실용적 목적인 세단, 해치백, 왜건, 밴, suv, RV

사람들이 대중적으로 사용하는 습합차가 대표적인 예다. 대부분 소비자들을 위해 판매하는 브랜드가 있고 대중적으로 알려진 경우가 대다수이다. 또한 이는 가격이 비싸지 않아 많은 사람들이 쉽게 구매할 수 있다는 장점이 있다

2) 특수 목적인 쿠페, 컨버터블, 트럭, 컨셉카 등이 있다.

군사적, 상업적 목적으로 인해 개조되거나 특수 제작한 차량을 말한다. 트럭과 같은경우를 제외하면 일반인들은 구매하기 어렵고, 쉽게 찾아볼 수 없다. 특수목적 차량의 예로는 군사활동을 위한 방탄차량, 공사를 위한 포크레인과 같은 중장비, 그리고 모터스포츠에서 달리기 위해 제작된 스포츠카, F1 차량 등이 있다.

본론2 엔진의 효율성 비교 (공학적으로 보여주기 L당 거리? / 에너지당 거리 / 오염물질 배출 정도)

1. 가솔린 엔진과 디젤 엔진

1) 가솔린 엔진

전자장비, 아아들링, 자동차 부품 구동, 구동 전달 에너지, 공기저항, 등등의 여러 가지 요인으로 인해 평균적으로 엔진이 만들어내는 에너지의 약 30%정도밖에 사용하지 못한다. 높으면 38%, 그리고 낮으면 12%까지로 엔진의 에너지 효율이 매우 낮다.

예를들어 엔진의 연비가 L당 10Km 라고 하면 사실 30~50Km를 갈 수 있는 힘을 엔진이 만드는 것이다.

2) 디젤 엔진

가솔린 엔진과 같은 이유로 에너지 손실이 일어나지만 가솔린에 비해 높은 폭발력을 가진 디젤 연료를 사용해 약 43%정도의 에너지 효율을 가짐

가솔린에 비해 높은 에너지 효율을 가지고 기름값도 비교적 저렴하지만 가솔린 엔진에 비해 배출하는 오염물질이 많고 치명적임. 디젤 엔진은 질소 산화물, 입자상 물질, 일산화 탄소 등을 배출해 대기오염과 인체에 유해하다.

2. 에너지 효율을 높이기 위한 엔진

1) 전기 모터

에너지 손실이 압도적으로 적어서 약 60%~65%정도의 에너지 효율을 가지며 회생브레이크를 통해 약 17%의 에너지가 재활용되기 때문에 에너지효율이 최대 82%정도까지 나온다. 또한 전기자동차는 CO2와 같은 물질을 배출하지 않기 때문에 환경 친경 친화적이다.

2) 수소엔진

아직 완벽하게 개발되지 않아서 에너지 효율을 측정할 수 없지만 다른 내연기관과 비교해 매우 우월한 에니지 효율을 가진다고 한다,

3) 하이브리드 엔진

하이브리드 엔진은 내연기관과 전기모터를 함께 사용하는 방식으로 에너지 효율이 약 30%정도밖에 되지 않는 가솔린 엔진을 하이브리드 엔진으로 개편하여 사용하면 에너지 효율이 40% 이상으로 증가시킬 수 있다.

본론3 (깊게 들어가기)

1. 가장 효율적인 기관

수소차는 에너지 효율이 측정되지 않았으므로 제외하고, 가장 효율적인 연료 효율을 가지고 주행할 수 있는 기관은 아마 현재까지는 전기 모터일 것이라고 생각한다. 전기 모터의 동력인 전기를 만들기 위한 발전소의 대략적 에너지 효율이 화력 발전소는 40%, 풍력발전 55%, 태양광 발전 10%, 수력발전 85%, 원자력 발전 35%인 것을 감안해도 전기를 만들 수 있는 방법이 많고, 수력발전이나 풍력발전 등과 같은 경우 친환경적으로 에너지를 생산하므로 제한 없이 전력을 만들어 낼 수 있으므로 자원 고갈 문제와 같은 점에 대해 매우 효율적으로 보인다.

2. 가장 친환경적인 기관

가장 친황경적인 기관은 아마 수소엔진이 될 것이다. 수소 자동차는 매연과 같은 배출물질이 아예 없다. 하지만 수소를 제조하는데 대량의 이산화 탄소가 나오는데 이는 수소 자동차의 연료 효율이 1kg당 100km 일것이라고 예상하는 것을 감안하면 다른 기관보다 적게 생산할 수 있기 때문에 환경 배출물질이 많이 없을 것이라고 생각한다.

이에 반해 전기자동차는 발전기를 돌리는데 나오는 배출물질에 더불어 완충시 최대 4~600km라는 짧은 주행거리를 보면 연료 생산량이 많아지게 되고 이는 발전기를 더 많이 가동해야 하므로 환경에 치명적 문제를 줄 수 있다는 가능성이 있다.

결론

1) 자동차의 에너지 효율을 극한으로 끌어 올려 연료 소비와 같은 자원의 낭비를 줄이기 위해 더욱 연구하고 개발해야 한다.

<참고 문헌>

사이트

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=hodol98&logNo=221333727270&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F

논문

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